探索空氣分離安全技術(shù)的發(fā)展及其關(guān)鍵點

摘 要：空氣分離過程中需要消耗大量的電能資源，其生產(chǎn)的產(chǎn)品包含氧氣、氮氣以及氬氣等，這些氣體在目前的化工、鋼鐵以及醫(yī)藥等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文先對空氣分離安全技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行探討，并進(jìn)一步研究該技術(shù)的關(guān)鍵點。

關(guān)鍵詞：空氣分離安全技術(shù)；關(guān)鍵點；發(fā)展?fàn)顩r

中圖分類號：TQ116.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0377-02

1 引 言

空氣分離安全技術(shù)具體應(yīng)用時，存在著窒息、高氧以及燃燒、噪聲等危害，同時可能發(fā)生失穩(wěn)、物理爆炸以及化學(xué)爆炸等危險?？諝夥蛛x工作要根據(jù)空氣中不同組分的物理性質(zhì)，選用不同的分離技術(shù)與方法，進(jìn)而提升分離過程的安全效果。

2 空氣分離安全技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

以往在進(jìn)行空氣分離的過程中，主要用到的方法為氟利昂冷凍機以及膨脹透平來制冷，進(jìn)而實現(xiàn)空氣的液化處理，之后再將空氣分離為液態(tài)氧氣以及氮氣、氬氣等等。一般而言，生產(chǎn)1m3的液化空氣需要消耗0.756kWh的冷卻能。通過借助于LNG的低溫特點，可以有效降低生產(chǎn)費用，同時還可以降低電力資源的消耗。這一過程中，電能資源消耗量可能降低50%左右，水的消耗量會降低30%左右。在進(jìn)行低成本液氮的生產(chǎn)過程中，需要使用半導(dǎo)體器件以及真空冷阱、金屬處理等設(shè)備與技術(shù)，液氧制取過程中還能夠獲得高純度的臭氧，其在污水處理工作中有著廣泛的應(yīng)用?？諝夥蛛x工作中，LNG冷能技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)階段在很多國家都有著廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)對于這一技術(shù)也有著一定的應(yīng)用。隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些大型的空氣分離安全技術(shù)在我國空氣分離工作中得到了廣泛的應(yīng)用，這不僅可以更好的為人民、社會服務(wù)，同時也極大的提升了分離的效率與質(zhì)量。

3 空氣分離的安全規(guī)則、危害性分析及危險的預(yù)防

3.1 安全規(guī)則

一方面，危險環(huán)境的測量。對于分離過程中的任何存在危險的作業(yè)，都要對作業(yè)或者是停留的場所進(jìn)行氣體組成的分析與了解。測量工作可以是連續(xù)的，也可以是定期的。在作業(yè)過程中要進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，并且在吹掃后以及作業(yè)前都要進(jìn)行定期的測量。另一方面，中和危險源。工作人員要注重管道內(nèi)污染氣體的清理工作，利用空氣進(jìn)行吹掃處理，直到氣體能夠達(dá)到相應(yīng)的安全含量。同時，對于可燃以及助燃?xì)怏w，要利用氮氣進(jìn)行吹掃處理，并確保每種氣體能夠達(dá)到相應(yīng)的安全含量，之后再使用空氣進(jìn)行吹掃處理，直到滿足人體呼吸的條件（氧含量達(dá)到18～23%）。處理工作后，還要使用盲板進(jìn)行隔離，或者是將管道污染的部分進(jìn)行拆卸處理。另外，配備必要的安全設(shè)施?？諝夥蛛x工作中，安全防護(hù)員要與危險區(qū)域保持足夠的距離，并且還要對作業(yè)區(qū)人員的情況有一個全面的了解。分離工作中，要配備專用的消防設(shè)施，工作人員要配備合理的防毒面罩等裝備。

3.2 危害性分析

空氣分離安全技術(shù)應(yīng)用過程中，危害性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①深冷低溫的危害。在進(jìn)行空氣分離工作中，低溫裝置排放以及生產(chǎn)的氣體將會對工作人員的生命安全造成威脅。一般而言，常壓條件下液氧的分離溫度為-183℃，液氮分離溫度為-196℃，液氬分離溫度為-186℃。一旦人體皮膚接觸到液化的氣體或相應(yīng)的管道與設(shè)備，將導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)嚴(yán)重的凍傷問題，甚至吸入低溫空氣后會對人體肺部器官造成傷害。因而，在進(jìn)行低溫液體的處理工作時，工作人員要配帶必要的防護(hù)手套、眼鏡以及安全靴等設(shè)備。②氣體的危害?？諝夥蛛x過程中產(chǎn)生的氣體具有急劇燃燒或爆炸的危險，甚至可能導(dǎo)致缺氧窒息。在富氧的條件下，一些在空氣中不易燃的物品，很可能成為易燃品（比如脂類、瀝青以及油類）。這種狀態(tài)下，即使存在一點火星都有可能導(dǎo)致燃燒。因而，要做好爆炸區(qū)域的周期性檢查工作。③火災(zāi)的危害。空氣分離工作中要對燃燒氣體的種類以及起火的原因進(jìn)行全面的分析，并且要使用不同種類的滅火材料進(jìn)危險處理。

3.3 危險的預(yù)防

3.3.1 氧 氣

氧氣在室溫條件下比空氣的質(zhì)量略重，并且無毒無色無味。氧氣屬于非窒息性氣體，如果其含氧低于75%，一般不會對人們的生活造成威脅。如果空氣中的含氧量超過了75%，那么就可能就會引起過氧疹狀甚至是抽筋、惡心、死亡等危險。此外，氧氣的壓力越大，其危險性就越高。在進(jìn)行預(yù)防工作時：①不能使用易燃材料進(jìn)行房屋的修建。同時，還要注意場地清潔狀況的保持。②在車間的每個道口前，都要按照要求設(shè)置相應(yīng)的警告牌。此外，還要定期進(jìn)行大氣中易燃?xì)怏w含量的檢查。車間要配備相應(yīng)的安全設(shè)施，比如自動噴淋器以及滅火器等裝置。另外，還要在封閉的區(qū)域配備通風(fēng)設(shè)施（比如分析室等）。

3.3.2 液 氧

一升的液氧能夠釋放成854L左右的氣體，低溫狀態(tài)下的液氧不僅具有與氧氣相同的爆炸危險與著火危險，同時在常壓狀態(tài)下液氧與任何物品接觸都可能引發(fā)危險。在進(jìn)行預(yù)防工作時，一方面要確保液氧不能噴濺到瀝青或者是砂子上，并且不要和鐵銹、紙張等物質(zhì)進(jìn)行接觸。另一方面，要防止液氧滲入到多孔材料中。防護(hù)過程中，不能在易燃物體周圍進(jìn)行液氧的處理，同時也不能再液氧貯槽或者是氧氣排放口周圍擺放具有易揮發(fā)、易燃性質(zhì)的物體。此外，要提升液氧貯存區(qū)域的通風(fēng)質(zhì)量，不得在低洼區(qū)域進(jìn)行液氧的存在。另外，還要根據(jù)規(guī)范要求安裝相應(yīng)的滅火設(shè)施。

3.3.3 氮 氣

一升的液氮能夠釋放成691L左右的氮氣，氮氣具有無毒無色、不易燃、不助燃的性質(zhì)，空氣中的氮氣容積可以達(dá)到75%作用。在進(jìn)行防護(hù)工作時，要對工作人員講明氮氣的危險性以及正確的處理方法；此外，還要清晰的劃出氮氣的危險范圍，在一些封閉的地方要安裝相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施。

4 空氣分離安全技術(shù)的關(guān)鍵點分析

4.1 電能資源的消耗量

通常情況下，低溫環(huán)境主要是由電力驅(qū)動的相關(guān)機器制冷所產(chǎn)生，通過對制冷原理的分析可以得出，隨著環(huán)境溫度的不斷降低，消耗的電能資源將會急劇增加。在一定的低溫蒸發(fā)區(qū)間內(nèi)，蒸發(fā)溫度每降低1K，能源消耗量將會增加10%左右。LNG冷量回收技術(shù)作為天然氣重要的儲存與運輸形式，LNG冷量回收技術(shù)可以為天然氣的遠(yuǎn)距離運輸提供技術(shù)支撐，同時也便于邊遠(yuǎn)天然氣的回收。通過對LNG冷能以及兩級壓縮式制冷機等設(shè)備與技術(shù)在空氣的冷卻，以及制取液氮以及液氧、液氬等產(chǎn)品的應(yīng)用研究得知，電能資源的消耗量降低50%左右，進(jìn)而有效降低液氧以及液氮、液氬的生產(chǎn)成本。

4.2 自然環(huán)境的影響

現(xiàn)階段，機載膜空氣分離安全技術(shù)主要為飛機油箱惰性化技術(shù)提供必需的富氮氣體環(huán)境。通過在地面上建立相應(yīng)的情化系統(tǒng)模擬試驗臺對該技術(shù)進(jìn)行研究，可以得出影響輸出產(chǎn)品氣流量的幾點結(jié)論：①輸入空氣壓力，都會對相關(guān)膜裝置的分離性能產(chǎn)生一定的影響，并且隨著海拔高度（環(huán)境背壓）的不斷變化。特別是在一些低海拔高度條件下，隨著輸入空氣壓力的降低，這一影響將會更加顯著。②不管在怎樣的海拔高度狀況下，環(huán)境溫度及濕度都將影響到膜裝置的分離性能、設(shè)備的效率及使用壽命，因此在空分分離應(yīng)用上應(yīng)充分考慮四季的溫度濕度變化帶來的影響。

4.3 空氣分離工藝的選擇

對于空氣分離工藝的選擇應(yīng)充分考慮其流程復(fù)雜程度、安裝周期、費用等多方面的因素，例如通過將變壓吸附與深冷法進(jìn)行比較，可以看出變壓吸附的流程相對簡單，并且所需設(shè)備的數(shù)量較少，生產(chǎn)過程中用到的設(shè)備主要是鼓風(fēng)機、吸附塔以及貯氣罐等。對于深冷空分裝置流程而言，其工序相對復(fù)雜，這一過程中需要用到空壓機、預(yù)冷器以及換熱器等設(shè)備，同時還要配備膨脹機、空分塔以及氧壓機等設(shè)備。在進(jìn)行變壓吸附基建工作時，所需費用相對較少，并且對廠房的要求也不高。對于深冷空分裝置而言，其設(shè)備相對復(fù)雜，需要較長的安裝周期，對于基建投資有著較高的要求。此外，變壓吸附啟動的時間較短，對于維修費用沒有太多的要求。深冷分離工藝應(yīng)用過程中，首先要進(jìn)行空氣的壓縮以及冷卻、液化，之后根據(jù)空氣中氧、氮以及氬沸點的不同，經(jīng)過多次的蒸發(fā)與冷凝，可以實現(xiàn)不同組分的精餾分離，進(jìn)而可以得到氧、氮、氬等產(chǎn)品。之后，再經(jīng)過相應(yīng)的加壓、貯存以及輸送，可以將產(chǎn)品直接供給用戶。

5 結(jié)束語

隨著生產(chǎn)生活中對于氧氣、氮氣等氣體需求量的不斷增加，空氣分離安全技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)過程中，要對相關(guān)險情與危險區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格防護(hù)，改掉以往粗心大意的不良習(xí)慣，提升空氣分離過程中的安全效果。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-7-20

作者簡介：陳焱林（1981-），男，工程師，本科，任空分車間主任。